Filtr cząstek stałych w silnikach benzynowych - nie jest taki straszny!

Przeprowadzony przez nas wraz z kolegami z „Auto Bilda” pod koniec 2016 r. test emisji wykazał, że pozbawiony filtra sadzy Smart Fortwo z silnikiem 0.9T R3 emituje 28 razy więcej cząstek stałych na cm³ (!!) niż wyposażony w filtr cząstek Mercedes klasy S 500 z jednostką 4.7 V8 biturbo. Wymowne, prawda? Zwłaszcza że nowoczesne diesle z bardzo zaawansowanymi układami oczyszczania spalin też emitują mniej szkodliwych substancji niż niejeden „niefiltrowany” benzyniak.

Dziś silniki benzynowe z bezpośrednim wtryskiem to już w zasadzie norma, stary dobry wtrysk pośredni zaczyna odchodzić do lamusa i jeśli będzie się pojawiał, to głównie w małych silnikach wolnossących oraz jako dodatek do wtrysku bezpośredniego (tzw. podwójny układ wtryskowy; wykorzystuje oba rodzaje zasilania w zależności od zapotrzebowania na moc). Nowsza technologia ma w teorii same zalety: auto mniej pali (co ma kolosalne znaczenie podczas testów!), jest dynamiczniejsze. Jednak ze względu na inny sposób spalania mieszanki paliwowo-powietrznej – dla uproszczenia nazwijmy go „mniej homogenicznym” niż w przypadku wtrysku pośredniego/wielopunktowego – i coraz wyższe ciśnienie paliwa podawanego do cylindrów (nawet 200 barów) taki silnik musi emitować cząstki stałe (PM).

Dla przypomnienia: cząstki sadzy zazwyczaj mają średnicę 10-100 nanometrów (1 nm – milionowa część milimetra), ale są i takie, które mierzą zaledwie kilka nm! Cząstki PM mogą być rakotwórcze, przenikają przez błony komórkowe, drażnią też skórę, oczy, błony śluzowe. A gdy weźmiemy pod uwagę to, że wtrysk bezpośredni jest obecny na szeroką skalę od wielu lat, to dojdziemy do wniosku, że przez ten czas zostaliśmy już nieźle podtruci.

Dla przypomnienia: obecnie nie ma już na rynku diesli bez filtra DPF/FAP – jak wykazał wspomniany przez nas na początku pomiar, Citroën C4 Cactus BlueHDi w takich samych warunkach, jak Smart i Mercedes, wyemitował zaledwie 5 cząstek PM na każdy centymetr sześcienny spalin, czyli o... 50 tys. (!) razy mniej niż pozbawiony filtra benzynowy Smart.

Teraz jednak czyste mają być też benzyniaki. Od 1 września 2018 r. nowe auta sprzedawane w Europie muszą spełniać normę Euro 6c (6.1), zaś we wrześniu bieżącego roku dla wszystkich nowych pojazdów wejdzie w życie norma 6d-Temp (6.2). Obie są na tyle restrykcyjne, że produkowane dotychczas silniki z bezpośrednim wtryskiem z reguły nie mają szans jej spełnić. Główna trudność to cykl pomiaru spalania i emisji WLTP: po pierwsze, o wiele bardziej rygorystyczny, m.in. w kwestii emisji sadzy, po drugie – niedający się łatwo zmanipulować, bo uzupełniony o pomiar emisji w tzw. warunkach drogowych (RDE; obowiązkowy dla nowo homologowanych aut już od 2017 r.!).

Żeby nadal sprzedawać benzyniaki w Europie, producent ma więc dwa wyjścia: prostsze, czyli dołożenie filtra cząstek, lub trudniejsze – przeprojektowanie jednostki w ten sposób, by spełniała normę bez filtra. Większość producentów idzie drogą na skróty i zakłada filtry, a tylko nieliczni – zwłaszcza Japończycy – radzą sobie dzięki zaawansowanej technice. Weźmy np. Mazdę, która stawia m.in. na bardzo wysoki stopień sprężania i tłoki o specjalnie zmodyfikowanym kształcie, dzięki czemu na razie filtrów instalować nie musi.

Dobra wiadomość jest taka, że jak dotąd Euro 6d-Temp nie wpłynęło mocno na silniki benzynowe z wtryskiem pośrednim – większość z nich spełniła normę bez wysiłku, jedynie w nielicznych przypadkach konieczne było przeprogramowanie centralki sterującej i np. zmniejszenie maksymalnej mocy (taki sam efekt daje często dołożenie GPF-a!).

Jak działa filtr sadzy – żeby odróżnić go od DPF-a/FAP-a, stosuje się skrót „GPF” lub „OPF” – w silniku benzynowym? Cóż, zapewne was to nie zdziwi, ale podobnie do „suchego” filtra, montowanego w silnikach Diesla: spaliny przepływają przez mikrokanaliki, w których jest zatrzymywana sadza/cząstki PM. Dobra wiadomość: dzięki znacznie wyższej temperaturze spalin niż w dieslach spora część zanieczyszczeń zatrzymanych w filtrze jest usuwana na bieżąco (tzw. regeneracja pasywna) i zazwyczaj nie dochodzi do – znanego zwłaszcza z pierwszych DPF-ów – zatkania filtra po kilkudziesięciu kilometrach jazdy w mieście. To z kolei każe przypuszczać, że żywotność filtrów sadzy w silnikach benzynowych będzie nieco wyższa, a eksploatacja – mniej uciążliwa.

Zła wiadomość jest taka, że po określonym przebiegu/czasie filtr GPF musi się zregenerować/wypalić, jednak proces jest znacznie krótszy niż w dieslu i uruchamia się rzadziej. Jak mówią mechanicy, w sprzyjających warunkach może być to nawet co kilkanaście tysięcy kilometrów (!), jednak w mieście dystans między wypaleniami potrafi spaść do 1000-2000 km. Gdy nadejdzie moment wymiany filtra ze względu na zapełnienie popiołami i niemożność przeprowadzenia procesu dopalania, jej koszt powinien być podobny jak w przypadku diesla z suchym DPF-em – trzeba zapłacić za nią co najmniej 2,5-3 tys. zł.

Bardzo ważne jest to, żeby – analogicznie jak w dieslach – nie przerywać procesu wypalania sadzy. Żeby było trudniej, proces czasem ciężko zauważyć (np. podniesione obroty, większy hałas), a kontrolka zapala się zazwyczaj dopiero wtedy, gdy dopalanie przerwano kilka razy z rzędu. Wtedy konieczna jest albo tzw. aktywna regeneracja, zainicjowana przez użytkownika – np. jazda ze stałą prędkością przez kilka, kilkanaście kilometrów – albo, w ostateczności, regeneracja serwisowa. Trzeba też pamiętać o tym, że wiele nowoczesnych benzyniaków z filtrem GPF wymaga stosowania oleju spełniającego bardzo rygorystyczne normy, na dodatek zazwyczaj są to środki o dość niskiej lepkości (np. 0W-20 lub 0W-30).

Od filtrów w silnikach benzynowych z bezpośrednim wtryskiem nie ma już ucieczki, trzeba więc nauczyć się z nimi żyć. Na dodatek powinny być mniej kłopotliwe niż DPF-y...